淺析四軸數(shù)控火花機(jī)的研發(fā)（上）
針對模具制造技術(shù)的發(fā)展要求，設(shè)計開發(fā)四軸數(shù)控火花成型機(jī)，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡潔、性能可靠、系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
近年來，直線電機(jī)直接驅(qū)動、電主軸技術(shù)發(fā)展很快，德國、日本等已成功地將直線電機(jī)、電主軸應(yīng)用到機(jī)床結(jié)構(gòu)中，本設(shè)計采用圖2b所示的方案，主軸進(jìn)給運(yùn)動采用THK精密直線滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向，西門子直線電機(jī)直接驅(qū)動，主軸的旋轉(zhuǎn)由電主軸直接驅(qū)動。去掉了滾珠絲杠及其支承裝置，這樣主軸箱的結(jié)構(gòu)更加緊湊。由于省去了中間部件，減輕了主軸箱的重量，傳動精度更高，高速運(yùn)動性能更好。
1 精密電火花成形機(jī)的運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計
機(jī)床工作臺運(yùn)動系統(tǒng)通常都采用滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向、直流伺服(或步進(jìn)電機(jī))驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，目前，國內(nèi)外的數(shù)控電火花成形機(jī)床大多都采用這種傳動方案，在技術(shù)上較成熟。現(xiàn)有的三軸數(shù)控電火花成形機(jī)大多采用的是圖2。
所示的方案，主軸部件安裝在溜板上，采用直流或交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動，主軸進(jìn)給運(yùn)動采用滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向，直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，帶動溜板進(jìn)給。這種結(jié)構(gòu)為了承受主軸高速跳躍所產(chǎn)生的沖擊力，采用較粗的滾珠絲杠和較大的軸承，使主軸的重量加大，為了提高主軸的高速性能，選用大功率和高轉(zhuǎn)速的電機(jī)。
圖2 主軸驅(qū)動方案
2 精密電火花成形機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計的精密電火花成形機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。方案采用基于工業(yè)PC的開放式數(shù)控，系統(tǒng)由伺服驅(qū)動控制一、脈沖電源控制、放電間隙狀態(tài)檢測與控制、工作液循環(huán)系統(tǒng)控制等部分組成，為了縮短研發(fā)周期，采用固高科技的GT-400-SV型4軸電機(jī)控制卡進(jìn)行4軸電機(jī)控制，采用凌華科技的ACL-8112型多功能DAQ卡進(jìn)行脈沖電源控制與加工狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集。
伺服精度控制是伺服控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵，在控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，有開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)3種控制形式。國外進(jìn)口的高精度數(shù)徑電火花成形機(jī)一般采用圖4a所示的閉環(huán)控制方案，特點(diǎn)是精度高，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試維修難度大，價格也較貴。
本設(shè)計中，工作臺采用滾珠絲杠傳動，有較高的動精度，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本等方面的因素，工作臺的伺服控制采用圖4b所示的半閉環(huán)控制方案，而主軸的伺服控制精度對加工過程有較大影響，因此主軸進(jìn)給伺服采用全閉環(huán)控制方案，如圖5所示，由于本設(shè)計采用直線電機(jī)直接驅(qū)動，減少了中間環(huán)節(jié)，降低了調(diào)試的難度。
未完：待續(xù)
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